Gráficos por computadora tridimensionales: Explorando la intersección de la visión y los mundos virtuales

Por Fouad Sabry

¿Qué son los gráficos por computadora tridimensionales

Los gráficos por computadora en 3D, a veces llamados CGI, 3-D-CGI o gráficos por computadora tridimensionales, son gráficos que utilizan una Representación dimensional de datos geométricos que se almacena en la computadora con el fin de realizar cálculos y representar imágenes digitales, generalmente imágenes 2D pero a veces imágenes 3D. Las imágenes resultantes pueden almacenarse para verlas más tarde o mostrarse en tiempo real.

Cómo se beneficiará

(I) Información y validaciones sobre lo siguiente temas:

Capítulo 1: Gráficos por computadora en 3D

Capítulo 2: Representación (gráficos por computadora)

Capítulo 3: Animación por computadora

Capítulo 4: Gráficos vectoriales

Capítulo 5: Voxel

Capítulo 6: Visualización científica

Capítulo 7: Gráficos por computadora en tiempo real

Capítulo 8: Gráficos por computadora (informática)

Capítulo 9: Modelado 3D

Capítulo 10: Imágenes generadas por computadora

(II) Respondiendo a las principales preguntas del público sobre gráficos tridimensionales por computadora.

(III) Ejemplos del mundo real para el uso de gráficos tridimensionales por computadora en muchos campos.

Para quién es este libro

Profesionales, estudiantes de pregrado y posgrado, entusiastas, aficionados y aquellos que quieran ir más allá del conocimiento o información básica para cualquier tipo de Gráficos por Computadora Tridimensionales.

 

 

• Idioma: Español
• Editorial: Mil Millones De Conocimientos [Spanish]
• Fecha de lanzamiento: 4 may 2024

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Capítulo 1: Modelo de proyección aumentada

Un aspecto que a veces se utiliza en los sistemas de realidad virtual se denomina modelo de proyección aumentada (modelo PA). Una imagen de computadora se proyecta sobre un modelo físico tridimensional para generar un elemento que parezca realista. Este modelo es el que conforma el sistema. Es importante tener en cuenta que la forma geométrica del elemento que muestra el modelo PA es idéntica a la del modelo físico.

Los elementos virtuales se pueden representar directamente dentro o superponerse al entorno real del usuario cuando se utiliza la realidad aumentada espacialmente, también conocida como SAR. El hecho de que el usuario no tenga que ponerse una pantalla montada en la cabeza es una ventaja significativa que ofrece SAR. En cambio, el uso de pantallas espaciales permite un amplio campo de visión y la posible integración de imágenes de alta resolución de objetos virtuales directamente en el entorno. Por ejemplo, las cosas virtuales pueden cobrar vida mediante el uso de proyectores de luz digital para pintar imágenes en 2D y 3D en superficies reales, o mediante la utilización de pantallas planas incorporadas.

Las cosas reales pueden ser manipuladas físicamente y orgánicamente para ser observadas desde cualquier dirección, lo cual es vital para la evaluación ergonómica y crea una fuerte sensación de palpabilidad. Los objetos reales también tienen la ventaja de poder ser vistos desde cualquier ángulo.

La realidad aumentada y las interfaces de usuario tangibles (TUI) son dos enfoques que se están desarrollando para resolver este problema. Los elementos del mundo real se utilizan en los sistemas TUI no solo para representar sino también para interactuar con la información que ha sido creada por las computadoras (Figura 1). Sin embargo, a pesar del hecho de que las TUI proporcionan una conexión física entre los elementos reales y los generados por computadora, no crean la ilusión de que los objetos generados por computadora están realmente presentes en el entorno real del usuario. Este es el objetivo que pretende alcanzar la realidad aumentada.

La Figura 1 presenta un continuo de interfaces informáticas innovadoras, basadas en el trabajo de Milgram y Kishino (1994).

La diferencia entre la realidad virtual (VR) y la realidad aumentada (AR) es que la realidad virtual sumerge completamente al usuario en un entorno generado por computadora, mientras que la realidad aumentada combina mundos reales y virtuales al dar la ilusión de que los objetos generados por computadora son en realidad objetos reales en el entorno de un usuario. La realidad virtual (VR) es el término más común. Dichos sistemas permiten la alteración dinámica de la apariencia visual generada por computadora del artículo, mientras que el modelo físico ofrece retroalimentación háptica para la forma subyacente del objeto. Esta entrada la proporciona el modelo físico. Sin embargo, debido al hecho de que los usuarios de sistemas basados en pantallas montadas en la cabeza deben usar equipos, se restringe el número de personas que pueden utilizar la pantalla al mismo tiempo.

El paradigma de RA tiene una variación llamada realidad aumentada espacialmente, que no tiene estas restricciones y, por lo tanto, es más útil (Figura 1). El modelo de proyección mejorada es el tipo más natural de configuración de pantalla, sin embargo, hay varias otras configuraciones de pantalla concebibles.

Figura 2: Conceptualización del modelo de proyección aumentada

Un modelo de proyección aumentada (modelo PA) es un modelo físico tridimensional en el que se proyecta una imagen por ordenador para producir un elemento de apariencia realista. Este tipo de modelo se denomina realidad aumentada (Figura 2). Es esencial tener en cuenta que la forma geométrica del elemento que muestra el modelo PA es idéntica a la del modelo físico. Por ejemplo, la imagen que se proyecta sobre los elementos que se muestran en la Figura 3 les da color y textura visual, lo que da la impresión de que están construidos a partir de una variedad de materiales.

La figura 3 es una ilustración de un modelo que hace uso del aumento de proyección (recuadro, con la proyección desactivada).

Los modelos de PA hacen uso de una combinación única de elementos del mundo real e información proporcionada por una computadora, debido al hecho de que obtienen beneficios de ambos.

"La interfaz humana con un modelo físico es la esencia de lo 'intuitivo'.

No hay widgets que deban ajustarse, ni controles deslizantes para moverse, además, no hay exhibiciones para navegar (o usar).

En su lugar, navegamos alrededor de los diversos elementos, moviéndonos hacia adentro y hacia afuera para acercar y alejar, mirando y concentrándonos en varios aspectos fascinantes, todo con niveles bastante altos de fidelidad visual, espacial y temporal".

El alto grado de intuición que se observa en los modelos físicos se combina con la adaptabilidad y utilidad de los gráficos por computadora en los modelos de AF, como la capacidad de hacer que los cambios se realicen rápidamente, se animen, se conserven y se actualicen (Jacucci), Oulasvirta, Psik, Salovaara y Wagner, 2005).

Por lo tanto, un modelo PA, en su sentido más básico, proporciona un elemento generado por computadora con la apariencia de tener una forma real, que puede ser sentido y sostenido por el usuario sin ningún otro equipo.

Por lo tanto, no debería sorprender que los estudios de usuarios, en los que se compararon los modelos de PA con varias pantallas diferentes de Realidad Virtual y Aumentada, encontraran que los modelos de PA eran un tipo de presentación que era a la vez natural y fácil de entender (Nam y Lee), 2003; Stevens et al, 2002).

Sin embargo, la idea detrás del modelo de PA no es original.

De hecho, una de las primeras exhibiciones tipo modelo PA se creó hace más de veinte años cuando Naimark construyó la instalación artística 'Displacements' (Naimark, 1984) y, más recientemente, en la atracción Haunted Mansion en Disney World (Liljegren & Foster, 1990).

Debido a que la tecnología requerida para hacer que un modelo de PA fuera algo más que una declaración estética no estaba disponible en ese momento.

Sin embargo, dada la tecnología disponible hoy en día y un poco de imaginación sin restricciones, la exploración de nuevas pantallas de proyección ahora es potencialmente ilimitada.

El crecimiento de la tecnología de modelos de megafonía ha estado marcado por la reciente recreación de la instalación 'Displacements' de Naimark en SIGGRAPH (Displacements, 2005).

En concreto, recientemente se ha avanzado en el desarrollo de tecnología que semiautomatiza el proceso tanto de construcción del modelo físico como de alinearlo con la imagen proyectada.

Esto es compatible con varios proyectores, lo que hace posible que un modelo de PA se ilumine desde cualquier ángulo.

Además, es posible colocar un modelo de PA en una habitación con suficiente iluminación mediante el uso de un proyector potente que tenga entre 2.000 y 3.000 lúmenes (Nam), 2005; Umemoro, Keller y Stappers, 2003).

Sin embargo, a pesar de que esta tecnología hace que los modelos de PA sean menos prácticos que otros tipos de pantallas, sin embargo tienen sus usos, no aborda el propósito principal del ejercicio.

El propósito de un modelo de PA es dar la impresión de que es lo que retrata, incluso cuando no lo es.

Por ejemplo, siempre que se aplique al proceso de diseño de productos, es esencial que un modelo de AP proporcione la sensación tranquilizadora de ser realmente el producto final (Nam), 2006; Saakes, 2006; Verlinden, Horváth y Edelenbos, 2006; Keller y Stappers, 2001).

Del mismo modo, cuando se utiliza con el propósito de producir una copia de un artefacto con el propósito de exhibirlo en un museo, Según Hirooka y Satio, el propósito de un modelo de AP es dar la impresión de que es el artefacto real, 2006; Museo Senckenberg, 2006; Bimber, Gatesy, Witmer, Raskar y Encarnação, 2002; Museo Británico de Londres, 1999).

Sin embargo, este engaño óptico no ha sido abordado directamente por ninguno de los estudios anteriores.

Por lo tanto, esta tesis define la ilusión del modelo de proyección aumentada como la situación en la que se percibe que un modelo de PA es realmente el objeto que representa.

Por ejemplo, cuando un usuario visualiza el modelo de PA que se muestra en la Figura 3 como compuesto de ladrillos reales, experimentará esta ilusión, macetas y astillas de madera, en lugar de modelos blancos que tienen una imagen proyectada en ellos.

Sin embargo, este truco no se trata de engañar a la persona que lo hace; no es su propósito fundamental.

Un individuo puede tener la experiencia de ver un modelo de PA como lo que representa, a pesar de que es consciente de que es solo una figura blanca y una imagen proyectada.

En otras palabras, se ha creado tecnología para aumentar la autenticidad del modelo de AP, lo que significa que se ha aumentado la semejanza física entre el modelo de PA y lo que describe. Esta ilusión se ha visto mejorada gracias al desarrollo de esta tecnología. Por ejemplo, la forma en que el especular se resalta en un objeto se desplaza cuando el espectador cambia de posición se puede recrear dinámicamente. Este tipo de simulación es posible gracias a los avances en infografía. Debido a esto, un modelo de PA puede dar la impresión de que está creado a partir de una variedad de materiales diferentes. Por ejemplo, un jarrón hecho de arcilla opaca puede dar la impresión de que está creado a partir de una sustancia brillante y plástica.

Sin embargo, la percepción perceptiva subjetiva del usuario es el factor más importante para determinar si se produce o no la ilusión del modelo de AF. Como resultado, la mejora de la autenticidad de varios componentes de un modelo de PA puede tener un impacto único en el grado en que se transmite la ilusión. Esto es exactamente lo mismo que